大壩的滲流監(jiān)測測壓管法及埋設(shè)滲壓計法比較

1　監(jiān)測方法的選擇　　

水庫大壩滲流監(jiān)測將首先實現(xiàn)滲壓（浸潤線）監(jiān)測自動化，但浸潤線監(jiān)測有測壓管法和埋設(shè)滲壓計法2種方法，選用何種方法要根據(jù)具體情況確定。

1．1　測壓管法及埋設(shè)滲壓計法比較

1．1．1　用　途　

　測壓管可用來監(jiān)測壩體浸潤線、滲壓壓力、地下水位及繞壩滲流等?！　÷裨O(shè)滲壓計除可以監(jiān)測上述項目外，還可用來監(jiān)測土石壩的孔隙水壓力。

1．1．2　應(yīng)用時應(yīng)注意的問題　

　測壓管的應(yīng)用要求不能構(gòu)成新的滲流通道，更不能對壩體造成破壞，因此在土石壩的防滲體交界面等處不宜使用。而采用埋設(shè)滲壓計的方法使用場合卻較為廣泛，但電纜敷設(shè)時也要避免構(gòu)成滲流通道，并且要考慮到電纜熱脹冷縮所產(chǎn)生的影響［1］。

1．1．3　施工安裝　

　根據(jù)施工和應(yīng)用經(jīng)驗，測壓管施工可以在工程實施和運(yùn)行過程的任意時候進(jìn)行，而埋設(shè)滲壓計一般在施工過程中（針對不能設(shè)置測壓管的地方）進(jìn)行，當(dāng)然在工程竣工后，能采用測壓管的地方也均可采用埋設(shè)滲壓計法進(jìn)行滲壓監(jiān)測。但兩者施工時都要求鉆孔時不造成壩體結(jié)構(gòu)的破壞和構(gòu)成新的滲流通?！　y壓管和埋設(shè)滲壓計的方法都可以在一條鉛直線上設(shè)置多個測點，但兩者施工要求都較高。

1．1．4　測值度　

　采用常用監(jiān)測手段對測壓管水位本身進(jìn)行監(jiān)測可達(dá)較高精度，如采用測深鐘等設(shè)備進(jìn)行測量，精度可達(dá)0．5～1 cm。但是由于測壓管是將測點的壓力反應(yīng)成一定體積的水頭，因此測壓管本身測值與真實測值存在誤差與滯后。從時間上來講，需要管內(nèi)水位累積到一定的高程或消散到一定的高程，從而受到“水流速”的影響。在滲透系數(shù)大，作用水頭、變幅及變化速度均較小的地方應(yīng)用尚可，而在滲透系數(shù)小、作用水頭大的地方，滯后時間會很長，在庫水位變化快時，資料分析更加困難。因此規(guī)范規(guī)定：“作用水頭大于20 m的壩，滲透系數(shù)小于10－4 cm／s的土中，觀測不穩(wěn)定滲流過程以及不適宜埋設(shè)測壓管的部位如鋪蓋或斜墻底部、接觸面等，宜采用振弦式孔隙水壓力計。”為減少體積的影響，測壓管有向細(xì)管方面發(fā)展的趨勢，規(guī)范規(guī)定“測壓管宜采用鍍鋅鋼管或硬塑料管，一般內(nèi)徑不宜大于50 mm，而近年在浙江和湖南的一些土壩采用了15 mm的聚氯乙烯塑料管，海南的松濤土壩采用15 mm的鍍鋅鋼管”［3］。從空間上講，測壓管監(jiān)測的是進(jìn)水管段的“平均”值，因此為減少誤差，進(jìn)水管段不宜太長，規(guī)范規(guī)定“測壓管的透水段一般長1～2 m，當(dāng)用于點壓力觀測時應(yīng)小于0．5 m”?！　y壓管必須注意施工質(zhì)量、管口保護(hù)和運(yùn)行維護(hù)，以防降雨、地面徑流對管內(nèi)水位的影響。另外就是測壓管容易受泥沙沉積及進(jìn)水孔堵死的影響，因此規(guī)范規(guī)定不留沉淀管，以避免因土體中實際水位低于測壓管管底高程時沉淀管存在“死水”而造成觀測水位偏高的假象。在百丈漈、昆都侖等每年校測一次”。

1．1．5　運(yùn)行和維護(hù)　

　測壓管使用要注意管口保護(hù)，如魯布革大壩繞壩滲流監(jiān)測的許多測壓管就因放牛娃在管內(nèi)投入石塊而不能使用。因此使用一定時間后一定要對靈敏度進(jìn)行檢驗，如發(fā)現(xiàn)有泥砂沉淀必須進(jìn)行掃孔。埋設(shè)滲壓計法則無上述問題，采用埋設(shè)滲壓計的方法進(jìn)行滲壓監(jiān)測，其測值度與儀器（傳感器）及監(jiān)測儀表（系統(tǒng)）有關(guān)，如監(jiān)測儀器質(zhì)量有保證，其維護(hù)工作量小，但如監(jiān)測儀器報廢，該測點不能恢復(fù)，所以也要定期對監(jiān)測資料進(jìn)行分析和對儀器進(jìn)行鑒定，以考核儀器及測量系統(tǒng)（設(shè)備）的可靠性。

1．1．6　測量自動化　

　測壓管在實現(xiàn)自動化時有如下特點：可以進(jìn)行人工比測，從而校核自動化測值的可靠性。儀器運(yùn)行一段時間后，可以對儀器進(jìn)行重新率定，以了解儀器參數(shù)的變化和儀器性能，同時可以檢校測值的穩(wěn)定性，當(dāng)測量儀器損壞時可以更換。而采用埋設(shè)滲壓計的方法不能進(jìn)行人工比測，監(jiān)測儀器損壞后不方便進(jìn)行更換。如魯布革大壩、松子坑大壩埋設(shè)了大量滲壓計，都因儀器質(zhì)量和施工質(zhì)量得不到保證不得不進(jìn)行更新改造。如魯布革重新補(bǔ)充了12支測壓管，而松子坑大壩由于原埋設(shè)儀器全都不能應(yīng)用，不得不重新進(jìn)行監(jiān)測設(shè)計。

1．1．7　測壓管法與埋設(shè)滲壓計法的優(yōu)缺點　

　測壓管法由于監(jiān)測的是“體積”量，因此當(dāng)壩體內(nèi)出現(xiàn)裂縫從而形成集中滲漏時，其反應(yīng)非常敏感，同時由于測壓管里的水質(zhì)反映了壩（巖）體化學(xué)性質(zhì)的變化。因此可以利用測壓管進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，同時由于溫度監(jiān)測在滲流監(jiān)測資料分析中的作用越來越明顯［3］，而測壓管結(jié)構(gòu)容易實現(xiàn)管內(nèi)水溫測量。當(dāng)然測壓管在測值度及運(yùn)行維護(hù)過程中也有上文所述的不足之處?！　÷駴]滲壓計維護(hù)工作量較小，但儀器不能更換，不能進(jìn)行人工比測，測值可靠性難以校核。

1．1．8　實施滲壓監(jiān)測時應(yīng)注意的問題　

（1）無論是采用測壓管法或是埋設(shè)滲壓計法進(jìn)行滲壓監(jiān)測時均應(yīng)目的明確，形成觀測斷面，測點應(yīng)具體到壩體、壩基、繞壩或斷層的具體測點、具體物理量，測點布置時應(yīng)根據(jù)規(guī)范、經(jīng)驗結(jié)合具體工程進(jìn)行確定?！?/p>

（2）兩種滲壓監(jiān)測方法對施工要求都很高，一定要確保施工質(zhì)量。對于采用埋設(shè)滲壓計法，一定要確保儀器和電纜質(zhì)量，選型前一定要仔細(xì)研究儀器的長期穩(wěn)定性、度和在其它工程應(yīng)用情況，安裝前要對所有儀器進(jìn)行率定和電纜測試，安裝時要注意儀器和電纜保護(hù)；而對于測壓管法，使用時一定要定期進(jìn)行靈敏度檢驗和進(jìn)水管及管口高程復(fù)核?！　?/p>

（3）由于溫度監(jiān)測資料在滲流分析中的重要作用越來越明顯，在儀器選型和測量方法上必須注意。

1．1．9　工程應(yīng)用情況　

　在新工程的監(jiān)測設(shè)計中或老壩的監(jiān)測系統(tǒng)更新改造中兩種監(jiān)測方法均有采用，如新工程飛來峽大壩由珠委設(shè)計，老工程如察爾森水庫大壩由東勘院設(shè)計均采用了測壓管法進(jìn)行滲壓監(jiān)測；同樣采用埋設(shè)滲壓計監(jiān)測滲壓的大壩也很多，如由南京水科院設(shè)計的老壩監(jiān)測系統(tǒng)更新改造中的“七一水庫”大壩。

2　監(jiān)測儀器的選型

2．1測壓管自動監(jiān)測儀器類型、特點和應(yīng)用情況　

　目前實現(xiàn)測壓管水位監(jiān)測自動化的儀器較多，具體有差阻式、壓阻式、電感式、電容式、振弦式等，下面分別進(jìn)行說明。

（1）差動電阻式孔隙壓力計　

　穩(wěn)定性較好，但靈敏度很低，不滿足低水位揚(yáng)壓力監(jiān)測要求，過去曾有一些混凝土壩采用這種儀器作防滲帷幕前的揚(yáng)壓力監(jiān)測之用，取得一定成果，但對于象王屋這樣一座土壩，由于壩高較小，差阻式孔隙壓力計根本不能使用。

（2）壓阻式高精度揚(yáng)壓力計　

　壓阻式高精度揚(yáng)壓力計是一種靈敏度很高的傳感器，但穩(wěn)定性較難保證，同時安裝損壞率高，曾用于艸侵窩大壩，因監(jiān)測效果不好而拆除。

（3）電感式高精度揚(yáng)壓力計　

　測量精度較壓阻式傳感器低，但優(yōu)于差動電阻式滲壓計，在以禮河、梅山、鳳灘等處使用效果均不好，表現(xiàn)為測值不穩(wěn)定、損壞率高。

（4）電容式滲壓計　　

電容式滲壓計（也稱電容觸點式水位計），不能用于埋設(shè)在土壩內(nèi)部。它是根據(jù)在測壓管中均勻布置一些水位敏感器件（包括電容極板），當(dāng)水位達(dá)到某一高程時，即構(gòu)成一個回路進(jìn)行水位測量。該類型儀器在北方應(yīng)用較多，但效果不是太好，如在內(nèi)蒙的察爾森、廈門的北溪等工程中使用不到2年，即行報廢。

（5）振弦式儀器　

　振弦式儀器是利用水壓導(dǎo)致儀器內(nèi)鋼弦應(yīng)變變化，從而導(dǎo)致其固有頻率變化的原理進(jìn)行測量的。由于振弦式儀器在國內(nèi)外使用較多、時間較長、產(chǎn)品較為成熟，而且振弦式儀器由于傳輸?shù)氖穷l率信號抗干頻能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定，因此得到廣泛的應(yīng)用。

2．2　儀器選型的依據(jù)　

　對于大壩安全監(jiān)測，由于大壩是*建筑物，大壩安全的重要性，大壩安全監(jiān)測儀器工作環(huán)境的惡劣性等原因，要求大壩安全監(jiān)測儀器必須具有如下特征： （1）性　　監(jiān)測數(shù)據(jù)是為了分析大壩性態(tài)，評估大壩安全，如果儀器的度達(dá)不到要求，大壩性態(tài)的變化（表現(xiàn)為測值變幅）就會掩蓋在測量誤差之中。 （2）長期穩(wěn)定性　　由于大壩是百年大計，不是臨時建筑物，因此要準(zhǔn)確掌　　握大壩性態(tài)，監(jiān)測儀器的長期穩(wěn)定性必須得到保證。 （3）環(huán)境適應(yīng)性　　由于水工環(huán)境的惡劣性（包括溫度、電磁環(huán)境惡劣、氧化、銹蝕、沉淀物、微生物等因素的存在）又加重了對儀器長期穩(wěn)定性的考驗，因此對于大壩安全監(jiān)測儀器而言，其穩(wěn)定性非常重要。 （4）兼容性　　當(dāng)有實現(xiàn)自動化要求時，必須考慮到大壩安全監(jiān)測儀器的兼容性，信號采集、處理、傳輸?shù)扔嘘P(guān)問題。 （5）經(jīng)濟(jì)性　　除了技術(shù)指標(biāo)外，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也是一個很重要的因素，簡而言之，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)就是儀器的價格（到達(dá)安裝現(xiàn)場的價格）。 （6）實用性 實用性包括工程使用情況和?！　」こ淌褂们闆r是上述技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的綜合說明，也只有經(jīng)過現(xiàn)場運(yùn)行考核并得到用戶認(rèn)可的儀器才是好的儀器。　　是指儀器生產(chǎn)廠家是否具有一定的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、管理、人才實力，以確保儀器具有足夠的技術(shù)支撐，具體包括：儀器的更換、修復(fù)或備品備件，回答有關(guān)儀器的技術(shù)（包括接口）問題等。